突出煤层瓦斯解吸初期影响因素的实验研究

为了对突出煤层瓦斯解吸初期的影响因素进行研究,采用实验室模拟测试的方法,对影响突出煤层瓦斯解吸的吸附平衡压力、煤样粒径、解吸时间、破坏类型等主要外部因素进行了考察,结果表明:在瓦斯解吸初期阶段,吸附平衡压力越大、粒径越小、破坏类型越严重,解吸初期阶段相同时间段内瓦斯解吸量越大;在任何条件下,瓦斯解吸量与时间的关系为单调增函数,即时间越长,解吸量愈大。     

龙山煤矿工作面突出预测敏感指标研究

为了研究安阳矿区龙山煤矿（煤与瓦斯突出矿井）局部突出敏感指标及指标敏感性大小的关系,以龙山煤矿二1煤层大巷煤柱工作面煤样作为研究对象,通过实验室吸附常数测定及120 min瓦斯解吸实验来测定实验煤样的瓦斯吸附解吸性能。结合现场的瓦斯地质资料以及实验测定的煤样瓦斯参数,采用钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1作为龙山煤矿工作面突出危险性预测的敏感指标进行研究。研究结果表明：实验煤样属于低水分、低灰分且具有较强的吸附解吸能力的贫煤;煤样瓦斯解吸具有初始解吸速度快、初始解吸量大的特点,且吸附平衡压力越高,瓦斯的总解吸量越大;钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1与瓦斯压力P呈现幂指数的函数关系,通过数据拟合得到了Δh2与K1之间的关系式;对二1煤层来说,钻屑瓦斯解吸指标Δh2敏感性大于K1。以上研究结果有效指导了龙山煤矿局部突出危险性预测工作。     

基于煤粒瓦斯解吸实验的温度变化量预测模型研究

通过实验室煤粒瓦斯解吸测试,研究了同一种煤样在3种不同粒径条件下的煤粒瓦斯解吸规律。在对实验数据分析的基础上,结合理论推导构建了基于煤粒瓦斯解吸过程温度变化量的煤体瓦斯解吸扩散数学模型并开展了相关验证,分析了该模型的适用性。研究结果表明,3种粒径煤样在吸附平衡压力为0. 34 MPa左右时,瓦斯解吸量分别可以达到3. 77、3. 91、5. 65 mL/g,煤样解吸速率与粒径之间呈负相关关系。煤粒瓦斯解吸过程中实测煤体温度变化曲线呈"马鞍"形。建立的描述煤粒瓦斯解吸初期阶段的数学模型可用于预测特定条件下煤体瓦斯解吸温度变化量,对于研究煤矿瓦斯运移过程及灾害预警具有重要的参考价值。     

车集矿二2煤层瓦斯含量临界值的实验研究

为了掌握车集矿突出区域预测和防突效果检验的瓦斯含量临界值,通过研究车集矿钻屑瓦斯解吸指标△h2和K1分别与瓦斯压力、瓦斯含量以及煤体破坏类型的关系,来分析影响钻屑瓦斯解吸指标的主要因素,以及钻屑瓦斯解吸指标与各个影响因素的定量关系,为车集矿的始突瓦斯含量临界值的选定提供理论依据.     

基于恒温动态吸附解吸试验的瓦斯解吸方程探讨

为了研究煤层瓦斯赋存、瓦斯吸附解吸规律以及瓦斯流动理论,设计了瓦斯吸附解吸的试验方案,研究了同一煤质、不同粒径煤样的等温吸附解吸特性.研究表明:定压动态下的瓦斯解吸量与时间的变化曲线与前人得到的函数曲线能够很好地吻合,建立了瓦斯吸附解吸的数学模型,发现煤样压力和煤样粒径分别对解吸量Q函数中的吸附常数a和b有影响.并通过恒温变压吸附解吸试验,分析了在解吸过程中突然改变煤层压力时的解吸方程,结果表明,改变解吸过程的煤层压力,煤体的解吸过程依然符合瓦斯吸附解吸数学模型.     

钻屑瓦斯解吸指标临界值的确定及应用

为准确界定预测突出危险性的钻屑瓦斯解吸指标临界值,基于钻屑瓦斯解吸指标物理意义的解释和实验室条件下对屯兰煤矿2号煤层煤样解吸规律的分析,阐述了钻屑瓦斯解吸指标、瓦斯解吸量与平衡压力之间的关系;综合理论计算与现场实际情况,确定了屯兰煤矿2号煤层"高压力、低含量"的突出特征及其临界突出压力,并计算获得突出危险性预测钻屑瓦斯解吸指标K1的临界值为0.18 mL/(g·min0.5),Δh2的临界值为95 Pa,现场应用表明,所确定的临界值对突出危险性的预测更为准确,能够更好地保证矿井生产安全。     

不同变质程度的软硬煤瓦斯解吸规律研究

采用自制的吸附/解吸实验装置对不同变质程度的软硬煤进行了瓦斯解吸实验,结果表明:软煤的吸附能力大于硬煤的吸附能力;同一吸附平衡压力下,软煤的解吸量大于硬煤的解吸量,且随着变质程度的增加,煤的瓦斯解吸量逐渐增大;解吸量与时间之间的关系可采用孙重旭式进行表示。为准确测定煤层瓦斯含量,预测煤与瓦斯突出等奠定理论基础。     

屯兰矿钻屑解吸指标敏感性研究

为了建立和完善屯兰矿防治煤与瓦斯突出技术体系,确定屯兰矿钻屑解吸指标K1和Δh2的相对敏感性,基于高压定容吸附解吸试验和钻屑解吸指标模拟测定,研究发现屯兰矿各煤层煤样的瓦斯吸附平衡压力与瓦斯解吸量呈幂函数关系,K1和Δh2呈线性关系;屯兰矿各煤层煤样第1 min的瓦斯解吸量比第4—5 min受吸附平衡压力的控制作用更明显;通过现场实测K1和Δh2指标,并结合最小均方差法分析认为屯兰矿各煤层K1比Δh2指标敏感。因此,屯兰矿各煤层进行突出危险性预测时,应选用钻屑解吸指标K1作为主要指标(敏感指标),以Δh2作为辅助指标。     

高瓦斯低透气性煤层瓦斯赋存规律实验研究

以卧龙湖煤矿8煤层为研究对象,采用井下瓦斯压力、瓦斯含量、钻屑瓦斯解吸指标测定、实验室工业分析、吸附常数、瓦斯放散初速度、初始瓦斯解吸量测定和扫描电镜观测等方法,研究了卧龙湖煤矿8煤层的瓦斯赋存规律,并对8煤层的煤与瓦斯突出危险性进行了分析。     

不同压力阶段下温度对瓦斯解吸规律实验研究

利用高温高压气体吸附分析仪,研究了不同压力阶段条件下温度对瓦斯解吸规律的影响,得到了各个压力段的瓦斯累计解吸量随时间变化的实测曲线,进而得到累计解吸量与时间的函数关系式。实验结果表明:在各个解吸压力段内,不同温度的瓦斯累积解吸量不同;在相同压力条件下,温度越高,煤粒瓦斯解吸越容易;各个压力段内,不同温度的瓦斯累积解吸量与时间的关系均能拟合成统一的函数关系式。     

基于失稳爆析的瓦斯突出机理研究

煤与瓦斯突出事故属于我国煤矿生产中的多发事故,但目前国内外对煤与瓦斯突出机理的认识尚不统一,通过对煤与瓦斯突出事故发生时现象及原因的统计分析,提出了“煤层失稳—瓦斯爆析”的煤与瓦斯突出机理,认为“外力扰动引起煤层单元体平衡应力骤增,突破煤层自身抵抗能力发生失稳而产生脆性变形,造成煤层单元体吸附瓦斯爆炸式解吸,爆析后有限空间产生的瓦斯压力导致煤储层压力（平衡应力）剧增,再次突破煤层本身抵抗能力发生失稳”,这一现象循环往复,最终导致煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出是在失稳指数、瓦斯爆析含量临界值“双指标”超标时,在外力诱导下而产生的瓦斯动力现象。煤与瓦斯突出防治应从降低煤层瓦斯爆析含量、增大煤层失稳指数和合理规避外力作用这3个方面进行,并提出了具体实施方法。     

预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验方法研究

 为了提高预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验效率,保证安全生产,提出用钻屑瓦斯解吸指标Q3、Q20和瓦斯含量逐级对区域防突措施进行效果检验的方法,并通过实验研究了各解吸指标与瓦斯压力和瓦斯含量之间的关系。现场应用效果良好。     

永红煤矿煤与瓦斯突出的检测预警指标临界值研究

为了更好地提高生产的安全性与突出预测的准确性,在永红煤矿高瓦斯矿向煤与瓦斯突出矿井的过渡时期,对其开展了高瓦斯煤层预防煤与瓦斯突出的检测预警指标临界值研究。根据钻屑指标量K1临界值来探讨瓦斯平衡吸附量临界值,通过实验数据统计,对两者数据建立关系,从而计算出K1临界值对应的瓦斯平衡吸附量;再测得瓦斯平衡吸附量临界值下对应的煤样的可解吸瓦斯含量,用60 min可解吸瓦斯含量近似预测完全可解吸瓦斯含量,进而判断是否有突出危险性。     

构造煤瓦斯解吸规律研究

通过建立实验系统,并模拟测试构造煤的瓦斯解吸过程,研究不同破坏程度构造软煤的瓦斯解吸规律,确定构造软煤在不同压力条件下的瓦斯解吸特性,为煤与瓦斯突出预测、煤层瓦斯压力和含量的预测以及估算采动落煤的瓦斯涌出提供了一定的理论依据。     

突出危险煤吸附、解吸瓦斯变形特性试验研究

采用自主研制的煤体高压吸附-解吸变形试验系统,进行了突出危险煤在不同瓦斯压力条件下的吸附-解吸变形全过程试验,探讨了突出危险煤吸附瓦斯产生膨胀变形、解吸瓦斯产生收缩变形这一特有的力学行为。研究结果表明,突出危险煤在不同瓦斯压力下随时间的变形曲线具有相同的演化规律,即先后经历抽真空收缩变形、充气压缩变形、吸附膨胀变形、卸压膨胀变形、卸压后弹性恢复变形和解吸收缩变形等6个阶段;吸附膨胀变形和解吸收缩变形过程中,煤样的应变变化率绝对值均随时间逐渐减小,直至一个相对稳定值,其变形规律服从朗格缪尔方程;煤样的吸附膨胀变形和解吸收缩变形均呈各向异性,垂直于层理方向和平行于层理方向的应变整体变化趋势呈现一致性,但由于煤体内部裂隙分布差异,使垂直层理方向的应变明显大于平行层理方向的应变;煤样吸附膨胀变形值与瓦斯压力关系对二次函数和朗格缪尔方程均具有较好的拟合效果,煤样解吸收缩变形值与原始瓦斯压力呈很好的幂函数关系和二次函数关系;煤样解吸瓦斯后存在一定的残余变形值。     

Experimental study of deformation rules during the process of gas adsorption and desorption in briquette coal

Gas is one of the most important factors which causes coal and gas outburst and can influence the mechanical characteristics of coal. Coal itself is a kind of elastic carbonaceous material which can swell and shrink under the influence of gas adsorption and desorption. Solid deformations influence the porosity of coal which also changes its adsorption and desorption capability. Gas pressure due to gas adsorption in porous materials is the cause of elastic deformation of coal, which can be assessed by direct experimental measurements. In this paper, briquette coal samples are made with different sizes of coal particles and the deformations are tested during the process of gas adsorption and desorption in samples under different gas pressures. The results show that coal swells during gas adsorption and shrinks during desorption. Deformation of different coal samples under different gas pressures is variable. It is further observed that deformation of coal is proportional to gas pressure and particle size. Also, deformation is not recoverable and residual deformation develops. The relationship between residual deformation and gas pressure is derived. This study helps to reveal the damage mechanism of pore gas in cola mass.     

煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响

为了研究煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响,在常温、常压下,用四氢呋喃抽提了淮北矿区的青东8煤、许疃3煤和孙疃8煤中的有机质,对比分析了原煤和残煤的瓦斯吸附量,常压真空解吸量和放散初速度Δp的变化规律。结果表明：抽提后,青东8煤和许疃3煤瓦斯吸附量减少,抽提前后瓦斯吸附增量随压力增加先增大后减小,Δp减小;孙疃8煤瓦斯吸附量无明显变化,Δp增大;3种煤样的常压真空瓦斯解吸量均增大。分析认为：突出煤层中,瓦斯溶解于煤中可溶有机质,形成固溶体,增加了煤层瓦斯含量,提高了瓦斯放散速度,煤层突出危险性增大;非突出煤层中可溶有机质占据了部分孔隙,可减缓瓦斯释放,降低瓦斯释放速度。     

基于瓦斯涌出量的煤体瓦斯解吸特性研究

为了实时动态分析煤体的瓦斯解吸特性,基于瓦斯解吸速度幂关系式提出了一个表征煤体瓦斯解吸特性的新参数n,在现有矿井安全监测监控系统的基础上构建煤体瓦斯涌出监测系统,可实时计算n值,分析工作面前方煤体的解吸特性,并在卧龙湖煤矿进行了现场验证。结果表明,煤体瓦斯涌出监测系统可计算出掘进面每天的n值,n曲线与传统的瓦斯解吸指标K1、Δh2曲线的变化趋势正好相反,指标n能够表征煤体瓦斯的解吸特性。通过对比K1的突出危险临界值,可得到n的突出危险临界值,为煤与瓦斯突出的工作面预测提供依据。     

水分对二_2煤层瓦斯吸附解吸规律的实验研究

以某矿无烟煤为例,通过改变煤中水分含量,用实验模拟方法研究了不同水分含量条件下的构造煤的瓦斯吸附-解吸规律,确定了构造软煤在不同水分、不同破坏类型和不同压力条件下的瓦斯解吸特征,为煤与瓦斯突出预测、煤层注水和煤矿瓦斯灾害的防治提供一定的理论依据。     

祁南煤矿72#煤层钻屑瓦斯解吸指标敏感性分析

为了确定祁南煤矿72#煤层钻屑瓦斯解吸指标的敏感性,采用实验室实验和现场统计分析相结合的方法进行研究。通过实验室模拟现场测定指标,掌握钻屑瓦斯解吸指标与吸附平衡压力之间的关系,结合煤层区域预测指标(瓦斯压力)得到指标的参考临界值。以714运输巷为考察对象,采用现场实测方法研究指标的分布规律和相关性,并利用临界值迫近度法对敏感性进行定量分析,结果表明:在突出危险性预测和效果检验工作中,祁南煤矿72#煤层钻屑瓦斯解吸指标Δh2相对K1敏感性更高,可作为主要预测指标。